本發明涉及混凝土材料，特別是涉及一種發電廠煙囪用清水混凝土及其制備方法。

背景技術：

1、隨著現代工業技術的不斷進步，發電廠煙囪作為工業廢氣排放的重要設施，其材料性能要求也日益提高。

2、發電廠煙囪混凝土長期暴露在高溫煙氣環境中，容易因熱應力作用而出現開裂、剝落等問題。傳統混凝土材料無法長期承受高溫煙氣的侵蝕，成為制約發電廠煙囪性能提升的關鍵問題。

3、其次，在發電廠煙囪運行過程中會接觸到含有酸性氣體的煙氣，這些氣體與水分結合后形成強腐蝕性介質，對混凝土造成嚴重的化學腐蝕。這種腐蝕不僅削弱了混凝土的強度和耐久性，還會加速鋼筋銹蝕，進一步威脅煙囪的整體穩定性。

4、與此同時，由于發電廠煙囪通常暴露在惡劣的環境條件下，污染物容易對普通混凝土表面造成侵蝕，而清水混凝土表面光滑、致密，能夠有效減少污染物的附著和滲透，既能滿足功能需求，又能兼顧美觀和經濟性。但目前傳統清水混凝土缺乏自清潔能力，需要定期進行人工清洗或采用其他維護手段，這不僅增加了運營成本，還可能帶來安全隱患。

5、因此，如何制備出滿足發電廠煙囪實體結構性能需求的混凝土成為亟待解決的技術難題。目前沒有專利涉及到專門的發電廠煙囪用清水混凝土制備技術，雖已有部分專利能做到滿足發電廠煙囪混凝土的某些性能需求，但仍存在明顯不足：

6、如中國發明專利（cn115124291a）公布了一種耐高溫混凝土及其制備方法：雖然提高了混凝土的抗裂性能，但未充分考慮酸性腐蝕和自清潔能力，無法全面滿足煙囪的實際需求。提出了一種耐高溫混凝土，按照質量份包括以下組分：水泥200~250份、粉煤灰150~180份、礦粉80~100份、火山巖800~1000份、礦渣400~450份、煤制油300~400份、微硅粉300~600份、減水劑15~20份、鋼渣粉300~400份、碳化鈦硅粉100~200份、鉻鐵渣100~200份、纖維4~8份、水170~200份。通過該專利的技術方案雖然能夠緩解高溫時混凝土結構的大幅度變化，減少開裂的發生，在一定程度上穩定力學性能，但使用了鋼渣粉與鉻鐵渣，混凝土的抗酸腐蝕性能較差，且可能存在重金屬溶解污染環境的風險。

7、再如中國發明專利（cn117776655a）公布了一種高鈦重礦渣鈉水玻璃耐酸耐熱混凝土及制備方法，包括：按重量配比計，水玻璃：氟硅酸鈉：耐火泥：高鈦重礦渣砂：高鈦重礦渣碎石＝1：(0.15~0.18)：(1.20~1.50)：(2.00~2.30)：(3.00~3.30)。通過該專利制備的高鈦重礦渣鈉水玻璃混凝土具有良好的耐酸和耐熱性能，可以顯著提高建筑物在酸性介質中的壽命。但水玻璃混凝土的脆性較大，容易因溫度變化或應力集中而產生裂縫，尤其是在煙囪這種高溫、高腐蝕環境下，裂縫可能導致長期使用條件下耐酸性和耐熱性的下降。

8、再如中國發明專利（cn117550855a）公布了公開了一種耐高溫清水混凝土。一種耐高溫清水混凝土，所述混凝土的原料包括如下重量份的組分：水148~173份、水泥380~445份、減水劑5.5~8.9份、河砂590~697份、人工砂1~150份、碎石946~1020份、硅微粉10~15份、碳酸鈉10~15份、碳化硅10~15份、耐高溫材料35~55份。通過該專利可以制備出耐高溫性能較好且表觀質量出色的清水混凝土，但專利中提到使用了碳酸鈉，這種成分可能在高溫下分解生成氧化鈉，進一步與酸性氣體反應生成硫酸鈉。硫酸鈉在混凝土內部結晶膨脹，可能導致混凝土開裂，進一步加劇酸腐蝕問題，抗酸腐蝕性能不佳。

技術實現思路

1、本發明要解決的技術問題是提供一種能夠滿足煙囪混凝土在服役狀態下耐高溫與抗酸腐蝕的性能需求，同時兼具優異表觀質量與自清潔功能的發電廠煙囪用清水混凝土及其制備方法。

2、本發明提供的一個技術方案，一種發電廠煙囪用清水混凝土，每立方米包括組分：

3、水泥：285~305kg，

4、粉煤灰：40~50kg，

5、偏高嶺土：25~35kg，

6、粗骨料：931~961kg，

7、機制砂：740~780kg，

8、頁巖陶粒：40~60kg，所述頁巖陶粒需要在tio2懸濁液中浸泡后瀝干，

9、聚二甲基硅氧烷乳液：3.7~5.6kg，

10、減水劑：4.1~4.5kg，

11、拌合水：152~155kg。

12、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中所述偏高嶺土的比表面積為650~700m2/kg，高比表面積使偏高嶺土顆粒能有效填充水泥石微孔隙，降低孔隙率并細化孔徑分布，其高活性sio2和al2o3的總含量≥95%，且sio2/al2o3質量比為1.1~1.2:1，具備充分的火山灰活性，能與水泥水化產物發生二次反應生成致密的鈣鋁硅酸鹽凝膠，提高混凝土的抗酸腐蝕性能和耐高溫性能。

13、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中所述頁巖陶粒為5~10mm的600級碎石型頁巖陶粒，連續級配，吸水率為8.5%~9.5%，孔隙率為35%~38%，頁巖陶粒經高溫燒制，具備優異的熱穩定性，其較強的吸水率和較大的孔隙率，使得光催化劑易附著在陶粒表面實現負載，且陶粒預濕后能在混凝土中釋放內部水分，補償混凝土收縮，防止混凝土開裂。

14、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中所述聚二甲基硅氧烷乳液的含固量為45%~50%，既保證了成膜致密性以阻隔腐蝕性介質滲透，又維持了乳液粒子在水泥基體中的均勻分散，ph值為6.5~8.0，一方面避免酸性環境對鋼筋表面鈍化膜的破壞，另一方面抑制堿性條件下硅氧烷分子的過度水解縮合反應。

15、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中所述水泥為42.5級普通硅酸鹽水泥；所述粉煤灰為c類ⅱ級粉煤灰。

16、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中所述粗骨料的粒徑為5~25mm，連續級配；所述機制砂的粒徑為0.16mm~5mm，細度模數為2.5~3.1，mb值＜1.0，石粉含量為5~8%。

17、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中所述減水劑為聚羧酸高性能外加劑，減水率不低于25%，含固量為15%。

18、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土，其中混凝土水膠比為0.41~0.42，砂率為42%~43%。

19、本發明提供的另一個技術方案，一種發電廠煙囪用清水混凝土的制備方法，包括以下步驟：

20、s1、將頁巖陶粒浸泡在濃度9g/l的tio2懸濁液中24h后取出瀝干，得到飽和面干狀態下負載tio2的頁巖陶粒；

21、s2、投料時先投入膠凝材料、偏高嶺土與80%的水，攪拌1分鐘，配制出相對較高水膠比的水泥凈漿；

22、s3、投入粗骨料與潤濕后的頁巖陶粒，充分攪拌1分鐘，使得水泥凈漿能夠包裹住粗骨料與陶粒并嵌入到陶粒的孔隙中；

23、s4、再投入機制砂、剩余的水、聚二甲基硅氧烷乳液與減水劑，充分攪拌2分鐘，最終得到發電廠煙囪用清水混凝土。

24、本發明一種發電廠煙囪用清水混凝土及其制備方法與現有技術不同之處在于，本發明發電廠煙囪用清水混凝土及其制備方法具有以下技術效果：

25、（1）本發明通過將頁巖陶粒浸泡于tio2懸濁液中進行預濕處理，使陶粒表面均勻負載光催化活性物質tio2。在混凝土凝結硬化過程中，負載的tio2逐漸向混凝土表面遷移并穩定分布，從而賦予混凝土優異的自清潔功能。在實際應用中，tio2能夠通過光催化作用有效分解附著在混凝土表面的有機污染物，顯著降低后期維護成本，并使煙囪混凝土始終保持外表面潔凈。由于頁巖陶粒經過高溫燒制，其內部結構致密且穩定性優異，能夠在高溫環境下保持良好的物理化學性能，不易因熱應力而開裂或剝落。因此，在煙囪等高溫環境中，摻加頁巖陶粒的混凝土表現出更優異的耐高溫性能，可有效避免因熱膨脹引起的結構破壞，進一步提升混凝土的服役壽命和可靠性。且陶粒具有返水作用，可以持續為未水化的水泥或粉煤灰顆粒提供水化作用，使得水泥水化程度提高，生成更多致密的凝膠相，從而防止混凝土被硫酸鹽侵蝕，同時減少微裂縫的產生和發展。

26、（2）本發明通過引入偏高嶺土和內摻聚二甲基硅氧烷乳液，進一步提升了混凝土的抗酸腐蝕性能和耐高溫性能。抗酸腐蝕性能方面，偏高嶺土通過填充混凝土內部孔隙和形成致密的鈣鋁硅酸鹽凝膠，從內部增強了混凝土的抗滲性和抗酸腐蝕能力，而聚二甲基硅氧烷乳液則通過遷移至混凝土表面并形成一層致密的有機硅膜，從外部阻隔酸性物質的滲透。耐高溫性能方面，二者的結合形成了“內外雙重防護”機制，顯著提升了混凝土的整體抗酸腐蝕性能；在耐高溫性能方面，偏高嶺土憑借其高熔點特性以及通過二次水化反應生成的耐高溫礦物，從內部顯著提升了混凝土的高溫穩定性。同時，聚二甲基硅氧烷乳液在高溫條件下分解后形成一層致密的二氧化硅保護膜，從外部為混凝土提供了優異的隔熱性能和抗氧化保護。二者通過內外結合的方式協同作用，不僅有效降低了高溫對混凝土內部結構的破壞，還顯著增強了煙囪混凝土在高溫工況下的熱穩定性和抗熱破壞能力。此外，偏高嶺土的細顆粒效應可以優化混凝土的微觀結構，減少孔隙率，從而降低因溫度變化引起的熱脹冷縮應力，抑制微裂縫的擴展。聚二甲基硅氧烷乳液形成的彈性膜層還能有效緩沖混凝土在溫差變化時的應力集中，進一步提高混凝土的抗裂性能，使其在復雜環境條件下具有更高的耐久性和可靠性。

27、（3）在發電廠煙囪用清水混凝土制備方法的技術方案中，將頁巖陶粒浸泡在濃度9g/l的tio2懸濁液中24h后取出瀝干，得到飽和面干狀態下負載tio2的頁巖陶粒，既起到了頁巖陶粒的潤濕又通過陶粒負載法引入了光催化顆粒；先加入膠凝材料、偏高嶺土與部分拌合水進行攪拌，形成了相對較高水膠比的水泥凈漿，再加入頁巖陶粒與粗骨料進行攪拌，將水泥凈漿包裹住頁巖陶粒與粗骨料，并使水泥凈漿能夠充分嵌入到頁巖陶粒表面的孔隙中，形成表面較為光滑的陶粒，提高拌合物的流動性，同時也降低了后期頁巖陶粒對水分的吸收，進而提高拌合物的工作性能；最后加入機制砂、剩余拌合水、聚二甲基硅氧烷乳液與減水劑，充分攪拌后得到混凝土拌合物，確保了混凝土各組分的均勻性。